本发明专利技术公开了一种基于多混沌系统以及DNA编码的图像加密方法。分别采用了三维Chen混沌系统生成混沌序列来对图像进行分块置乱和螺旋置乱和Logisitc映射生成的混沌序列实现对图像的比特置乱，为进一步提高加密的安全性，对完成置乱操作的图像矩阵根据Chen混沌系统生成的混沌序列对图像矩阵进行DNA编码，然后进行扩散操作得到DNA序列，再使用混沌序列对DNA序列进行解码最后得到加密图像。该方法且具有足够大的密钥空间来抵抗穷举攻击，并且可以有效抵抗差分攻击、裁剪攻击等，相较于传统的混沌系统加密算法有着较高的安全性，是一种安全有效的图像加密算法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像加密领域，采用了多混沌系统以及dna编码的方法。
技术介绍
1、信息安全在当今社会扮演着至关重要的角色。随着信息的表现形式日益丰富，其中图像作为一种重要的信息载体，其使用范围正日益扩大。图像数据不仅包含了教育、广告、视频监控和摄影等多个领域的丰富信息，而且以其直观的表现方式，成为信息传递中不可或缺的一部分。大量的图像数据信息时刻在网络上产生，因此在信息传输的过程中尤其体现了安全的重要性。
2、在传统密码学研究中，图像信息通常不被视为一种独特的明文类型，因此其特有的密码学属性往往没有得到独立的研究。图像数据所固有的属性，如数据的高度冗余、能量的非均匀分布以及其二维空间布局，导致传统的加密技术如rsa、des和aes等在图像加密方面的适用性受限。换句话说，图像加密的需求和特性超出了传统加密方法的设计范畴。而越来越多研究图像安全领域的学者们基于不同的理论不断提出了新的图像加密算法，常见的理论有混沌和压缩感知等。特别地，在常见的这些理论中，混沌系统由于其固有的特性，使得图像加密算法更高效，并且它的出现将经典力学的研究推进到了一个崭新的时代，是20世纪最重要的科学理论发现。
3、为了确保图像信息的安全性，本专利技术提出多混沌系统和dna编码的一个图像加密算法。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是，如何具有足够大的密钥空间来抵抗穷举攻击，并且可以有效抵抗差分攻击、裁剪攻击等，并且使得加密效果相较于传统的三维和二维混沌加密算法更好。
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p>2、为了解决上述技术问题，本算法采用的技术方案是：对初始采用sha256算法生成初始密钥作为三维chen混沌系统的初始值，然后采用使用三维chen混沌系统生成序列和一维混沌系统logistic映射生成混沌序列分别进行螺旋之乱和比特置乱，最后采用dna编码使得图像安全性进一步提高，具体包括以下步骤：3、s1：利用sha-256算法处理输入图像，作为三维混沌系统的初始参数，生成不同的混沌序列；
4、s2：利用三维混沌系统生成的混沌序列对图像矩阵进行分块置乱；
5、s3：然后logistic混沌映射对分块置乱后的图像进行比特置乱；
6、s4：将置乱后的图像进行dna编码来进一步使像素混淆，得到加密图像；
7、采用上述技术方案，通过使用三维chen混沌系统生成的混沌序列进行分块置乱与二维混沌系统生成混沌序列进行比特置乱，通过使用两次不同的置乱操作以及不同的混沌系统，能够有效的实现对图像的加密操作，每个混沌系统都能产生独特的随机序列，使得加密图像更难以被破解。并且使用了dna编码来进一步实现的像素的混淆，进一步提高安全性的同时，能够使得抵御更多种类的攻击，并且增加了密钥空间，增强了系统的鲁棒性。
8、优选地，所述步骤s1的具体步骤为：
9、s11：将图像转化为图像矩阵；
10、s12：sha-256算法处理输入图像矩阵得到256位二进制数的散列值k，将密钥k分为32组，每组为8位二进制数，命名为k＝{k1,k2,…k32}；
11、s13：将k＝{k1,k2,…k32}带入下列式子中得到中间变量a、b、c、d、e、f；
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18、s14：将中间变量a、b、c、d、e、f带入到下列式子中得到u、v、w、x、y、z；
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25、s15：其中u1、v1、w1、x1、y1、z1为常数，u、v、w、x、y、z为初始值，将{u、v、w}和{x、y、z}带入三维chen系统(公式如下)中将两组参数带入到三维混沌系统中分别迭代m×n+1500次，舍弃前1500个混沌值，其中m×n是待加密图像矩阵大小得到2组一共6个长度为m×n的混沌序列：sequ、seqv、seqw、seqx、seqy、seqz。
26、
27、优选地，在完成了混沌序列生成，然后对图像进行像素值乱。首先对图像进行分块置乱，然后对每一个子块进行螺旋置乱，对所述步骤s2的具体步骤为：
28、s21：将图像分为m＝m×n分成m个相同的n×n大小的子块，不足的部分用0像素补齐。定义为d＝{d1,d2,…dm}，d1＝{p1,p2,…p n×n}，d2＝{p1,p2,…p n×n}…dm＝{p1,p2,…p n×n}；
29、s22：从混沌序列sequ截取一段序列长度为m的混沌序列作为u1，对图像进行分快置乱；
30、s23：再从混沌序列seq v截取一段序列长度为m的混沌序列作为v1，将每个子块的左上，右上，左下，右下分别记为0，1，2，3，利用下述公式作为子块的扫描起点；
31、v1′(i)＝v1(i)mod4，i＝1，2，3，...m
32、s24：再从混沌序列seq w截取一段序列长度为m的混沌序列作为w3,将0和1分别设置为顺时针旋转和逆时针旋转，然后利用下述公式确定旋转的方向；
33、w1′(i)＝w1(i)mod2，i＝1，2，3，...m
34、s25：结合s23和s24两个公式，找到初始像素点，然后根据旋转方向循环遍历每一个像素值，重新进行排列组合，对每一个子块完成上述操作，可以完成图像的旋转置乱。
35、优选地，在经历了分块置乱和螺旋置乱后，相邻像素之间相关性已经已经降低了很多，然后对比特位进行置乱操作，更进一步提高安全性，s3具体步骤如下：
36、s31：首先将进行过s2步骤后的每一个二进制像素值转化为八位的十进制的值；
37、s32：使用二维logistic混沌映射(xn+1＝μxn(1-xn))迭代m×n+1000次，舍弃前1000个混沌值，最后得到混沌序列seq k；
38、s33：通过公式k1′(i)＝w1(i)/2，i＝1，2，3...m×n,将每一个像素值和对应的混沌序列完成上述公式后进行循环右移操作。
39、优选地，在实现了螺旋置乱和比特置乱后，图像的相关性大幅度降低，为了能够进一步提高算法的安全性，采用了dna编码进一步对图像进行像素混淆。dna编码过程中，图像信息被转化为一串由腺嘧啶(a)、鸟嘧啶(g)、胸腺嘧啶(t)和胞嘧啶(c)四种碱基组成的符号，分别与二进制00，01，10，11相互对应，二进制信息可以转化为dna序列，所述步骤s4主要为：
40、s41：首先将混沌序列seq x转换为二进制，方便后续使用二进制混沌序列对图像进行编码；
41、s42：然后通过下述公式s对图像二进制序列相邻的两个比特位设置所在碱基的组别；
42、
43、s43：通过混沌序列seq x作为控制位来对像素进行编码；<本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于多混沌系统和DNA编码的图像加密方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的图像加密方法，所述步骤S1的具体步骤为：
3.根据权利要求2进行混沌序列生成后，所述步骤S2的具体步骤为：
4.根据权利要求3进行分块置乱和螺旋置乱后，所述步骤S3的具体步骤为：
5.根据权利要求4进行比特置乱后，所述步骤S4的具体步骤为：
【技术特征摘要】
1.一种基于多混沌系统和dna编码的图像加密方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的图像加密方法，所述步骤s1的具体步骤为：
3.根据权利要求2进行混沌序列生...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晨星，李冀，姚继承，宋凯伦，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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